Remoção adsortiva rápida de cromo de águas residuais usando nozes

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 6859 (2023) Citar este artigo

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A contaminação dos recursos hídricos por efluentes industriais contendo iões de metais pesados ​​e a gestão de resíduos sólidos das indústrias agrícolas e alimentares é um problema sério. Este estudo apresenta a valorização de resíduos de cascas de nozes como um biossorvente eficaz e ecologicamente correto para sequestrar Cr(VI) de meios aquosos. O pó de casca de noz nativa (NWP) foi modificado quimicamente com álcali (AWP) e ácido cítrico (CWP) para obter biossorventes modificados com abundante disponibilidade de poros como centros ativos, conforme confirmado pela análise BET. Durante os estudos de adsorção em lote, os parâmetros do processo para adsorção de Cr(VI) foram otimizados em pH 2,0. Os dados de adsorção foram ajustados a modelos isotérmicos e cinéticos para calcular vários parâmetros de adsorção. O padrão de adsorção do Cr(VI) foi bem explicado pelo modelo de Langmuir sugerindo a formação de monocamadas de adsorbato na superfície dos biossorventes. A capacidade máxima de adsorção, qm, para Cr(VI) foi alcançada para CWP (75,26 mg/g), seguido por AWP (69,56 mg/g) e NWP (64,82 mg/g). O tratamento com hidróxido de sódio e ácido cítrico melhorou a eficiência de adsorção do biossorvente em 4,5 e 8,2%, respectivamente. Observou-se que a adsorção endotérmica e espontânea segue a cinética de pseudo-segunda ordem sob parâmetros de processo otimizados. Assim, o pó de casca de noz quimicamente modificado pode ser um adsorvente ecológico para Cr(VI) a partir de soluções aquosas.

A contaminação da água por efluentes gerados por diversas indústrias de processo contendo metais pesados ​​não degradáveis ​​e persistentes é uma preocupação global devido ao seu grave impacto negativo no meio ambiente1. Metais pesados, como As, Pb, Cr, Hg e Ni, não são biodegradáveis, são tóxicos e persistem no meio ambiente devido à sua tendência de bioacumulação, causando graves problemas de saúde aos organismos vivos ao entrarem na cadeia alimentar2. O Cr, predominantemente como Cr(VI), está entre os contaminantes de água mais prevalentes gerados pelas indústrias de mineração, acabamento de metal, têxtil, galvanoplastia e couro3,4,5. De acordo com os regulamentos da OMS, a concentração segura e permissível de Cr(VI) na água potável e nas águas residuais industriais é de 0,05 mg/L e 0,5 mg/L, respectivamente5. Cr(VI) é altamente solúvel em água e pode entrar no corpo humano através de exposição dérmica e oral. É extremamente tóxico e cancerígeno em exposição prolongada e deve ser removido dos efluentes antes do descarte6.

As técnicas convencionais relatadas para o sequestro de Cr (VI) incluem extração com solvente7, filtração8, redução9, precipitação10 e troca iônica11. Ainda assim, estes métodos têm aplicabilidade limitada devido à necessidade de instrumentos intensivos em energia e custos, reagentes químicos perigosos e, em alguns casos, a sua aplicação resulta em poluição secundária12. A exigência de monitoramento e disposição dos sólidos e lodos gerados requer mão de obra adicional, e o processo pode resultar em tratamento incompleto limitando sua adequação para grandes volumes12. A biossorção tem sido considerada uma técnica simples, fácil de operar, econômica e ecologicamente correta, com materiais biodegradáveis ​​e baratos13. Esses materiais incluem resíduos animais (resíduos de cascas de ovos e ossos)14, biomassa microbiana (algas e bactérias)5 e resíduos agrícolas (cascas, folhas, cascas de frutas, sementes, cascas, cascas, palhas, etc.)15. A eficiência dos biossorventes pode ser aumentada pelo tratamento químico com ácidos e bases, resultando na modificação das funcionalidades presentes na superfície do biossorvente e melhorando os sítios ativos16.

Os resíduos agrícolas têm sido reconhecidos como biossorventes de baixo custo, renováveis, biodegradáveis ​​e ecológicos, com significativa capacidade de adsorção de contaminantes como íons de metais pesados, produtos farmacêuticos, corantes e compostos aromáticos17. Os resíduos agrícolas como biossorventes também proporcionam uma solução sustentável para a gestão eficiente e a utilização destes resíduos cada vez maiores gerados pelas operações agrícolas, pela preparação doméstica de alimentos e pelo processamento industrial de alimentos18. Os resíduos agrícolas são uma rica fonte de material lignocelulósico, viz. lignina, celulose, hemicelulose, pectina, proteínas, flavonóides, terpenóides e outros metabólitos secundários com funcionalidades poli-hidroxi, carboxi, amina e aldeídica, com alta afinidade por íons metálicos15. Resíduos agrícolas, incluindo casca de arroz19, farelo de trigo20, casca de palmiste21, semente de damasco16, casca de amendoim22, folhas1, cascas de frutas e vegetais23, resíduos vegetais24 e bagaço25 como pó seco ou cinza foram relatados como adsorventes eficazes para compostos orgânicos persistentes e íons de metais pesados ​​devido à sua maior eficácia de adsorção, bem como à facilidade de separação e regeneração26,27.